Hal Levison på Saturns underlige måne Iapetus

"Iapetus er en af ​​de underlige ting i solsystemet, sagde Hal Levision, " og efterhånden som vi studerer det mere og mere, bliver det mere og mere blødt. ”

Hal Levison, en planetvidenskabsmand ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, taler om Iapetus, den tredje største af de mere end 60 måner på planeten Saturn. En af månens usædvanlige træk er en kæde af bjerge, der er omkring 15 kilometer eller ni miles høje, der næsten fuldstændigt omkranser Iapetus ved sin ækvator. Dr. Levison præsenterede et papir på et møde i april 2011 i den amerikanske afdeling for astronomiske samfund om dynamisk astronomi, der blev afholdt i Austin, Texas, hvor han viste bevis for, at månen Iapetus måske havde haft en ring af rumklipper, ligesom det er moderplaneten Saturn, der kollapsede ned på månen og dannede den bjergrige ryg. Dr. Levison talte med EarthSky's Jorge Salazar.

Saturns måne Iapetus, Billedkredit: NASA / JPL / Space Science Institute

Hvad sker der på Saturn s måne, Iapetus?

Iapetus er en af ​​de underligste ting i solsystemet. Naturligvis er underlige ting seje. Det var endda kendt for at være underligt på opdagelsestidspunktet, da Cassini, der først så det, indså, at han kun så det på den ene side af Saturn. Årsagen hertil er på grund af en stor albedo-forskel. Det vil sige en lysstyrkeforskel mellem hver side af Iapetus. Den ene side er næsten helt jet-sort. Den anden er hvid. Efterhånden som vi studerer det mere og mere, bliver det mere og mere blødere.

Det, jeg er interesseret i, er to karakteristika ved Iapetus. Den første er, hvis du nogensinde har set et billede af det fra Cassini, den første ting, folk sagde, da billeder begyndte at komme ned, er it ligner en valnød . Det er, det s squished ved polerne sammenlignet med dens radius, og det ser ud som et objekt, der sp sp sp s spinder på 16 timer. Men faktisk drejer det sig om 79 dage. Så det fik denne fossiliserede bule, der ser ud til at komme fra et tidspunkt, hvor det drejede meget hurtigere, end det er i dag.

Bare langs ækvator er der en højderyg, der er omkring 15 kilometer høj og 50 kilometer bred, som vi kan se, i det mindste i cirkler mindst 110 grader af satellitten. På grund af ufuldstændig dækning kan det faktisk gå hele vejen rundt. Det er derfor, analogien med en valnød er en god.

Vi taler om en bjergryg 6 km eller 15 kilometer høj, der spænder over ækvator?

Bjerge ved Iapetus, Billedkredit: NASA / JPL / Space Science Institute

Ikke nødvendigvis, fordi det er næsten kontinuerligt steder. Det ligner en læbe. Den første ting, jeg tænkte på, da jeg så det, var en produktionsfejl. Da jeg var lille, spillede jeg med disse kugler, der var lavet af to gummihalver, der var limet sammen. Og der er en lille kam langs ækvator. Det er sådan denne ting ser ud, bortset fra at de er en slags off-center. Så jeg tænkte, åh, det var en af ​​disse bolde, der var forkert fremstillet.

Spørgsmålet prøver at forstå, hvordan en sådan underlig ting kan opstå. Der er mennesker, der har arbejdet med tanken om, at det hele var internt, at der var svind på grund af afkøling, og den interne opvarmning på grund af aluminium-26 kunne forekomme. Og det kan måske give dig den underlige form.

Vi har arbejdet på en anden idé. Og det vil sige, at det faktisk var en ring omkring Iapetus, der kollapsede på dens overflade og lavede en kam. Der er et andet problem. Vi har talt om ryggen, men husk, den første ting, jeg sagde, var formen. Det ser ud til, at det sp s snurrede ved 16 timer, virkelig hurtigt, men det actually actually actually actually faktisk roterer meget langsomt. Og et af problemerne for mennesker, der prøver på at forstå denne de-spinning, er, at det i de klassiske ideer er det Saturn, at gør alt det de-spinning. Iapetus roterer rigtig hurtigt. Der sa tidevand udbuktning rejst på Iapetus på grund af Saturn. Det udlignes lidt fra at pege direkte mod Saturn, der får Iapetus til at snurre.

Den samme ting sker på Jord-månesystemet. Når Jorden drejer, er der tidevandets bule, der er opvejet lidt fra månen. Som et resultat aftar Jorden lidt. Og Jorden bevæger sig langsomt væk fra månen. Det samme argument kan fremsættes for Iapetus.

Problemet er, at hvis man ser på dette, i det mindste naivt, er det, at for at få dette til at fungere og få en masse energi spredt i Iapetus, når det snurrer, skal Iapetus være dejlig og kløerig og maleable. Hvis det er stift, de-spin det ikke meget hurtigt. Men for at bevare sin oprindelige form på 16 timer, skal den være stiv. Så du har denne inkonsekvens. For at få satellitten til at de-spin i solsystemets tidsalder, har du brug for noget, der er slags kløet. Men for at bevare udbuelsen har du brug for noget, der er stift. Og det har været meget vanskeligt at prøve og løse begge disse begrænsninger på samme tid. Vi har været i stand til at gøre det, men det kræver noget smukt fodarbejde, når det kommer til installationen af ​​modellerne.

Hvordan studerer man denne månen af ​​Saturn, under overfladen, uden egentlig at gå der?

Det gør vi ved at udføre numeriske eksperimenter. Dette er den slags spil, jeg spiller hele tiden. Du ser solsystemet, som det er i dag. Og du prøver at finde ud af, hvordan det kunne komme dertil. Den måde vi gør det på, er at vi har tendens til at opbygge en computermodel, der har al den fysik, som du mener kan have været vigtig; udgør de første betingelser på mange måder; sæt dem i din kode; lad dem slibes et stykke tid; og der vises et svar, som vi synes solsystemet skal se ud; vi sammenligner det med det, vi ser og siger ja, dette er godt, dette er dårligt; og prøv at beslutte, om det var dine oprindelige forhold, der var forkerte, eller din fysik var forkert. Og du gentager det, indtil du får noget i lighed med det, vi ser.

Folk kender måske ringene fra planeten Saturn, set gennem et teleskop. Men hvad du taler om er ringe omkring en månen af ​​Saturn?

Ja. Vores teori, som vi foreslår for nedspinding af Iapetus, er, at Iapetus gennemgik en kollision med en anden satellit, som var omkring 10 procent af sin egen masse.

Dette er igen, en anden analogi til jordmånen. Vores yndlingsideer angående dannelsen af ​​månen er, at noget ved størrelsen på Mars ramte Jorden og skabte en disk med materiale rundt om Jorden i den kollision, der hævdes at danne månen.

Vi foreslår næsten det samme scenarie på Iapetus, at det blev ramt af noget omkring en tiendedel af dens masse, som igen er, hvad vi synes skete med Jorden ved dannelsen af ​​månen. Det skabte en ring af materiale omkring Iapetus. På ydersiden af ​​denne ring, materiale, der er godkendt til at danne en satellit. Og det indre af den ring, der regnede ting ned i en disk, lige på ækvator på Iapetus og dannede ryggen.

Nu tidligere sagde jeg, at det er svært at komme med en model, der involverer netop det, der både vil de-spin Iapetus og beholde sin bule. Ved at tilføje den satellit, som, da den er meget tættere end Iapetus, tidligt de-spins den meget mere effektivt og giver os mulighed for at af-spin den meget hurtigt og stadig holde den stiv nok til at den kan beholde sin form.

Hvor godt holder denne teori ved, at Saturns måne Iapetus kolliderede med et stort rumsten for at give det de funktioner, vi har talt om i dag?

Denne idé er i sin spædbarn. Der er en måde at komme med den brede idé på, og skrive et papir og sige til dine kolleger, hvilket er, hvad jeg laver på dette møde, ”Her er denne underlige idé. Og det ser ud til, at først ordre, at arbejde. ”Du kan skrive enkle ligninger, der definerer, hvad vi tror, ​​denne opførsel vil blive, og viser, at du kan få det rigtige svar.

Og så skal vi i løbet af det næste år eller to eller endnu længere bygge flere og mere sofistikerede modeller, nogle involverer hvordan ryggen vil vokse, og se om ryggen, som vi kan bygge på Iapetus fra denne ring, ser ud som ryggen vi ser. Vi har nogle foreløbige resultater, der antyder, at det kan være rigtigt. Mere komplicerede modeller om evolutionen, tidevandsudviklingen i Iapetus ved hjælp af mere og mere sofistikerede modeller til det indre af satellitten. Nu gør vi noget meget enkelt. Og på hvert trin tager vi, hvad computermodellerne siger, og sammenligner det med det, vi ser, så godt vi kan, og ser, om vi kan udelukke en idé eller ej.

Hvorfor studerer forskere noget som en ryg på en Saturn-måne, hvorfor den videnskabelige interesse?
Min interesse er helt at prøve at finde ud af, hvordan Jorden dannede sig - hvorfor det er, hvor den er, hvorfor den har den masse, den gør, og har den kemiske sammensætning, den gør, hvorfor den har en måne, som vi ser. Det er min største interesse. Så når jeg ser rundt på resten af ​​solsystemet, er det, jeg leder efter, måder at studere proces på - fysikken, der går i bygning af planeter. Og når vi ser noget, som vi ikke forstår, ligesom denne meget mærkelige satellit af Saturn. når vi ser noget, som vi ikke forstår, er det et fremragende laboratorium til test af de processer, som vi synes var vigtige her. Og hvis man ser på for eksempel Iapetus og denne kam, giver vi begrænsninger for, hvordan dets indre udviklede sig, hvilket fortæller os noget om dets kemiske sammensætning. Eller, hvis vores model er rigtig, hvordan påvirkninger genererer ringe og skiver, hvilket kan være vigtigt for eksempel på den månedannende påvirkning. Så dette er analogier. Alle disse verdener er analogier til Jorden, og hvad vi ser her. Og den eneste måde, vi kan være sikre på, at vores modeller for dannelse af Jorden har ret, er ved at se på disse andre organer i solsystemet.

En ting, der slår mig ved Iapetus, er, hvor usædvanligt det er - dets 'yin yang'-farver, hvor den ene side er lys hvid og den anden mørk som kul; denne enorme bjergryg, der går på tværs af sin "søm"; og dens 79 jorddagsrotation.

Iapetus er underlig på så mange niveauer. Og igen er det undtagelsen fra reglerne, der hjælper os med at lære. Og når du ser på Iapetus, skal du tage et skridt tilbage. Det er ikke min normale ting at studere satellitter til gigantiske planeter. Min vigtigste ting er at prøve at udføre planetdannelse på en måde. Men når du ser noget lignende, er du tvunget til at forstå det igen, fordi det sætter det i en sammenhæng. Der er altid undtagelser. Men det er svært at finde undtagelser i videnskab, der ikke fortæller dig noget om, hvad du synes er sandt. Og så skal du følge disse underlige ting for at forstå dem.

Jeg bliver mindet om et interview, som EarthSky havde med dig for flere år siden, da du beskrev det tidlige solsystem som et "nedrivningsderby", en tid, som astronomer stadig ikke helt forstår så godt.

Jeg tror, ​​du vil se en revolution - dette er uafhængigt af Iapetus - jeg tror, ​​vi vil se en revolution i vores forståelse af, hvordan planeter dannes i de næste tre eller fire år. Jeg tror, ​​at de modeller, der eksisterede tidligere, ikke har været sofistikerede nok til at fange nogle af de fysiske processer, der kørte tingene. Og der sker meget, når vi ser på solsystemet, som vi ikke forstår.

For mig er den mest grundlæggende af disse Mars. Jeg ved, at der er meget opmærksomhed på Mars i disse dage. Men det, jeg taler om, er virkelig et grundlæggende spørgsmål vedrørende Mars, og det er dens størrelse. Vores teorier om planetdannelse forudsiger, at planeterne blev større, jo længere væk du er fra solen. Og Mars er en undtagelse fra det. Det er sandsynligvis ti gange mindre i masse, som det skal være, baseret på nogen af ​​vores modeller. Og der har været en samlet indsats fra lokalsamfundet for at prøve at forstå det. Og vi har en ny model, der kommer ud om det, som jeg tror vil løse problemet. Hvis det er sandt, illustrerer det, at vi har forladt en vigtig proces i forståelsen af ​​jordiske planeter, som jeg tror på lang sigt kan ændre meget af det, vi synes. Vi er i færd med at skrive papiret lige nu. Kom og snak med os, når vi får den offentliggjort.

Hvad er den vigtigste ting, du vil have, at folk i dag skal vide om Saturns måne Iapetus?

Jeg gætter på, at det, jeg vil have folk til at tage med hjem fra dette, er, at udforskningen af ​​solsystemet, som vi har gjort, konstant giver os overraskelser, og disse overraskelser hjælper os med at forstå det generelle billede bedre. Og så jeg tror, ​​at jo mere efterforskning vi gør, desto mere sandsynligt vil det være, at vi er i stand til at finde ud af dannelsen af ​​planeterne. Og det gælder ikke kun Iapetus, men Kepler og de ekstrasolære planetariske systemer, alle disse ting er efter min mening forbundet med et forsøg på at forstå, hvad der sker.

Hal Levison fra Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, talte om Saturns måne Iapetus, den tredje største af de mere end 60 måner, der kredser om den ringede planet.